Перенос воздушных масс и загрязнений к арктическим островам России…

ISSN: 1811-0045, eISSN: 2311-9578, https://elibrary.ru/title_about.asp?id=10234; http://gpb.ifz.ru/

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И БИОСФЕРА. 2017. T. 16, № 4. С. 5–20. DOI: 10.21455/GPB2017.4-1

ПЕРЕНОС ВОЗДУШНЫХ МАСС И ЗАГРЯЗНЕНИЙ
К АРКТИЧЕСКИМ ОСТРОВАМ РОССИИ (1986−2016 гг.): ДОЛГОВРЕМЕННЫЕ, МЕЖГОДОВЫЕ И СЕЗОННЫЕ
ВАРИАЦИИ

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, г. Москва, Россия

Арктика, по отношению к климатическим изменениям, – самый уязвимый, но и самый значимый регион Северного полушария. Естественно, что наблюдаемые в последние десятилетия изменения климата на нашей планете сказываются на состоянии окружающей среды в северных регионах и на процессах, его определяющих. Анализ временны́х вариаций этих процессов важен для понимания наблюдаемых явлений и оценки возможных последствий. В работе рассмотрены 30-летние ряды частот переноса воздушных масс из Европы, Азии и Америки в районы арктических архипелагов Земля Франца-Иосифа и Северная Земля и на о. Врангеля, а также статистические закономерности, наблюдаемые в процессах циркуляции атмосферы (по индексам атмосферной циркуляции) в разные сезоны. Анализируются величины концентраций антропогенных тяжелых металлов (ТМ) в воздухе и потоков ТМ на поверхность российских арктических островов. За последние 30 лет частоты поступления в Российскую Арктику воздушных масс с континентов уменьшились. Соответственно состав воздуха и осадков там становится все более морским, что может проявиться в изменении свойств находящихся на поверхности природных объектов – почв, вод, растений и т.д. Межгодовые вариации в процессах циркуляции атмосферы велики, что приводит к сильным различиям от года
к году концентраций антропогенных ТМ в воздухе и их потоков на поверхность. Этим объясняются также межгодовые вариации содержания ТМ в снежном покрове, где ежегодно происходит их накопление в течение снежного сезона. Максимальные величины концентраций никеля и меди в воздухе и снежном покрове арктических островов могут в отдельные месяцы и годы достигать уровней концентраций этих ТМ, наблюдаемых в менее удаленных районах на материке. С другой стороны, отмечаются годы, когда в летние месяцы антропогенные загрязнители вообще не поступают на арктические острова России. Основная причина внутригодовых вариаций величины антропогенного загрязнения в арктических районах состоит в сезонных различиях скорости осаждения ТМ на поверхность при их дальнем переносе.

Ключевые слова: Российская Арктика, тяжелые металлы, индексы атмосферной циркуляции, дальний перенос в атмосфере, межгодовые вариации, сезонные вариации.

Цитируйте эту статью как: Виноградова А.А., Иванова Ю.А. Перенос воздушных масс и загрязнений к арктическим островам России (1986−2016 гг.): Долговременные, межгодовые и сезонные вариации // Геофизические процессы и биосфера. 2017. Т. 16, № 4. С. 5–20. DOI: 10.21455/GPB2017.4-1.

Алексеев Г.В. Арктическое измерение глобального потепления // Лёд и Снег. 2014. Т. 54, № 2. С. 53–68. DOI 10.15356/2076-6734-2014-2-53-68.

Бызова Н.Л., Гаргер Е.К., Иванов В.Н. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 278 с.

Виноградова А.А. Дистанционная оценка влияния загрязнения атмосферы на удаленные территории // Геофизические процессы и биосфера. 2014а. Т. 13, № 4. С. 5–20.

Виноградова А.А. Сезонные и долговременные вариации индексов атмосферной циркуляции и перенос воздуха в Российскую Арктику // Оптика атмосферы и океана. 2014б. Т. 27, № 6. С. 463–472.

Виноградова А.А., Иванова Ю.А. Тяжелые металлы в атмосфере над северным побережьем Евразии: Межгодовые вариации зимой и летом // Геофизические процессы и биосфера. 2016. Т. 15, № 4. С. 5–17.

Виноградова А.А., Котова Е.И. Металлы в снежном покрове на территории Мурманской области // Экологическая химия. 2017. Т. 26, № 1. С. 34–40.

Виноградова А.А., Пономарева Т.Я. Атмосферный перенос антропогенных примесей в арктические районы России (1986–2010 гг.) // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25, № 6. С. 475–483.

Виноградова А.А., Котова Е.И., Топчая В.Ю. Атмосферный перенос антропогенных тяжелых металлов в районы севера Европейской России // География и природные ресурсы. 2017. № 1. С. 108–116.

Временные методические указания по работе на сети контроля загрязнения природной среды на основе снегомерной съемки. М.: Госкомгидромет, 1985. 15 с.

Гальперин М., Софиев М., Гусев А., Афиногенова О. Подходы к моделированию трансграничного загрязнения атмосферы Европы тяжелыми металлами. М.: ЕМЕП/МСЦ-В, 1995. Отчет 7/95. 85 с.

Ежегодник выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух городов и регионов Российской Федерации за 2010 год / под ред. А.Ю. Недре. СПб.: ОАО «НИИ Атмосфера», 2011. 560 с.

[AMAP] Assessment 2015: Black carbon and ozone as Arctic climate forcers. Arctic Monitoring and Assessment Programme. Oslo, Norway: AMAP, 2015. 116 p.

Boyd R., Barnes S.-J., De Caritat P., Chekushin V.A., Melezhik V.A., Reimann C., Zientek M.L. Emissions from the copper–nickel industry on the Kola Peninsula and at Noril’sk, Russia // Atmosph. Environ. 2009. V. 43. P. 1474–1480.

Cheng M.-D. Geolocating Russian sources for Arctic black carbon // Atmosph. Environ. 2014. V. 92, N 4. P. 398–410. DOI org/10.1016/j.atmosenv.2014.04.031

Evangeliou N., Balkanski Y., Hao W.M., Petkov A., Silverstein R.P., Corley R., Nordgren B.L., Urbanski S.P., Eckhardt S., Stohl A., Tunved P., Crepinsek S., Jefferson A., Sharma S., Nøjgaard J.K., Skov H. Wildfires in Northern Eurasia affect the budget of black carbon in the Arctic: A 12-year retrospective synopsis (2002–2013) // Atmosph. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 12. P. 7587–7604.

Hirdman D., Sodemann H., Eckhardt S., Burkhart J.F., Jefferson A., Mefford T., Quinn P.K., Sharma S., Strom J., Stohl A. Source identification of short-lived air pollutants in the Arctic using statistical analysis of measurement data and particle dispersion model output // Atmosph. Chem. Phys. 2010. V. 10. P. 669–693.

[IPCC] Climate Change 2014: Synthesis rep. contribution of working groups I, II and III to the Fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change / Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds). Geneva, Switzerland: IPCC, 2014. 151 p.

Persistent toxic substances, food security and indigenous peoples of the Russian North: Final Rep. Oslo, Norway: AMAP, 2004. 192 p.

Salvador P., Art´ınano B., Pio C., Afonso J., Legrand M., Puxbaum H., Hammer S. Evaluation of aerosol sources at European high altitude background sites with trajectory statistical methods // Atmosph. Environ. 2010. V. 44. P. 2316–2329.

Sharma S., Andrews E., Barrie L.A., Jdren J.A., Lavoué D. Variations and sources of the equivalent black carbon in the high Arctic revealed by long-term observations at Alert and Barrow: 1989–2003 // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. D14208. DOI 10.1029/2005JD006581.

Travnikov O., Ilyin I., Rozovskaya O., Varygina M., Aas W., Uggerud H.T., Mareckova K., Wankmueller R. Long-term changes of heavy metal transboundary pollution of the environment
(1990–2010) // EMEP Status Rep. 2012. N 2. 63 p.

[ИАЦ] Индексы атмосферной циркуляции. URL: http://ftp.cpc.ncep.noaa.gov/wd52dg/data/indices/tele_index.nh

[IASOA] International Arctic Systems for Observing the Atmosphere. URL: http://www.iasoa.org/

ВИНОГРАДОВА Анна Александровна – доктор географических наук, ведущий научный сотрудник, Институт физики атмосферы им А.М. Обухова РАН. 119017, г. Москва, Пыжевский пер., д. 3. Тел.: +7 (495) 959-50-76. E-mail: anvinograd@yandex.ru

VINOGRADOVA Anna A. – doctor in geography, leading researcher, Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences. Moscow, Russia. Tel.: +7 (495) 959-50-76.
E-mail: anvinograd@yandex.ru

ИВАНОВА Юлия Алексеевна – младший научный сотрудник, Институт физики атмосферы им А.М. Обухова РАН. 119017, г. Москва, Пыжевский пер., д. 3. Тел.: +7 (495) 959-50-76. E-mail: ulia_sml@mail.ru

IVANOVA Yulia A. – junior researcher, Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian
Academy of Sciences. Moscow, Russia. Tel.: +7 (495) 959-50-76. E-mail: ulia_sml@mail.ru

AIR MASS AND POLLUTION TRANSPORT
TO THE ARCTIC RUSSIAN ISLANDS (1986-2016):
LONG-TERM, YEAR TO YEAR, AND SEASONAL VARIATIONS

Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

Abstract. The Arctic is the most important as well the most vulnerable region in the Northern hemisphere in relation to climate changes. Analysis of temporal variations in the processes determining these effects allow to understand them and to forecast their consequences. Air mass transport from Europe, Asia, North America to arctic Archipelagos Franz-Josef Land and Severnaya Zemlya, as well to Wrangel Island was investigated with atmospheric circulation indexes through 30-years for four year seasons. Anthropogenic heavy metals (HM) air concentrations and fluxes onto the surface were analyzed in the Russian Arctic. For all three points, frequencies of air mass transport from continents decreased through the last 30 years. So, contents of the arctic air and surface fluxes became more and more marine ones. Indexes of atmospheric circulations show sizable variations from year to year, causing high variations in HM air concentrations and surface fluxes. Also, this is a reason of high variations in snow constituents falling down onto surface environment during spring melting period every year. Maximal nickel and copper air concentrations at the Arctic islands can be (in some months and years) as high as they are at some points of not so far distant territories of the land. On the contrary, there are the years when in summer anthropogenic HM did not reach the Arctic islands by air transport. Seasonal variations in HM’s deposition velocity are the main reason of annual variations in their concentrations in the Arctic atmosphere.

Keywords: Russian Arctic, heavy metals, atmospheric circulation indexes, long-range atmospheric transport, year to year variations, seasonal variations.

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И БИОСФЕРА 2017 Т. 16 № 4